3.原子中的电子和自由电子是有区别的。自由电子的质量大于原子中的电子的质量,自由电子各部分结合得较为松散,受到外界扰动 (有加速

来源: marketreflections 2010-01-14 06:05:32 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (2131 bytes)
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3. 基态电子的稳定性
处于基态的电子为什么是稳定的?为什么不会被原子核吸收?人们通常认为:做加速运动的电荷会向外辐射能量.如果电子在原子核中做圆周运动,则它就有加速度,必然会不断地向外辐射电磁波,随着电子能量的减小它将沿着螺旋线落入原子核中,这样整个原子就是不稳定的,然而事实并非如此。于是人们推测电子在原子核中不可能做圆周运动。我们认为以上推断是错误的,电子的确在原子核中做圆周运动,其理由如下:第一,电子辐射电磁波并不是一个只出不进的过程。电子时刻不停地向外辐射能量,也在时刻不停地吸收光子,这是一个动态平衡过程。如果电子吸收的能量大于其辐射的能量则原子的温度升高,如果电子吸收的能量小于其辐射的能量则原子的温度降低,倘若没有外界能量输入,原子总会由于向外辐射能量而降低温度,只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射电磁波。第二,电子在原子中的质量并非一成不变的。一般而言,电子离核越近质量越小,离核越远质量越大(这一点我们稍后证明)。第三,电子和原子核之间并非只有静电力作用,还存在磁力作用。正因为磁力作用的存在使电子在靠近原子核时切线速度不断增大,从而使其离心力逐渐增大,以致于可以与静电力抗衡维持电子在原子核中的稳定。
这里需要我们证明随着电子离核距离的减小,离心力的增加速度大于静电力的增加速度。设电子稳定时质量为M,速度为V,与原子核相距R,原子核电量为Q,此时静电力F正好等于电子作圆周运动的向心力,





离心力大于静电力,所以此时电子作离心运动,将回到距核R的轨道上。同样当电子受到远离原子核的扰动后,静电力F大于电子作圆周运动的向心力,电子将向原子核运动,最终要回到距核R的轨道上,这里不再证明。
另外我们认为,做加速运动的电荷会向外辐射电磁波这个提法不够确切,应该说做加速运动的自由电荷会向外辐射电磁波,而电子在原子核中做圆周运动时不会向外辐射电磁波。两者有什么区别呢?我们知道,在原子核和电子结合成原子的过程中要向外放出能量,即自由电子要在原子核静电力作用下裂变放出光子才能够成为原子中的电子,原子中的电子和自由电子是有区别的。自由电子的质量大于原子中的电子的质量,自由电子各部分结合得较为松散,受到外界扰动 (有加速度)时会向外辐射电磁波;而原子中的电子质量小,各部分结合得较为紧密,受到外界扰动(有加速度)时未必会向外辐射电磁波,只有当外界扰动(加速度)足够大时才会裂变辐射电磁波,所以电子可以在原子中做圆周运动而并不向外辐射电磁波。
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